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  <title>【转载】P2P通信标准协议-TURN | renhao</title>
  








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          <h1 class="post-title" itemprop="name headline">【转载】P2P通信标准协议-TURN</h1>
        

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                2019-07-26
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        <p><a href="https://evilpan.com/2015/12/15/p2p-standard-protocol-turn/" target="_blank" rel="noopener">原文</a></p>
<p><a href="http://www.rfc-editor.org/info/rfc5389" target="_blank" rel="noopener">STUN/RFC5389</a>协议里能处理的也只有市面上大多数的<code>Cone NAT</code>， 对于<code>Symmetric NAT</code>，传统的P2P打洞方法是不适用的。因此为了保证通信能够建立，我们可以在没办法的情况下用保证成功的中继方法（Relaying）， 虽然使用中继会对服务器负担加重，而且也算不上P2P，但是至少保证了最坏情况下信道的通畅，从而不至于受NAT类型的限制。<a href="http://www.rfc-editor.org/info/rfc5766" target="_blank" rel="noopener">TURN/RFC5766</a>就是为此目的而进行的拓展。<a id="more"></a></p>
<h3 id="TRUN简介"><a href="#TRUN简介" class="headerlink" title="TRUN简介"></a>TRUN简介</h3><p>TURN的全称为Traversal Using Relays around NAT，是STUN/RFC5389的一个拓展，主要添加了Relay功能。如果终端在NAT之后， 那么在特定的情景下，有可能使得终端无法和其对等端（peer）进行直接的通信，这时就需要公网的服务器作为一个中继， 对来往的数据进行转发。这个转发的协议就被定义为TURN。TURN和其他中继协议的不同之处在于，它允许客户端使用同一个中继地址（relay address） 与多个不同的peer进行通信。</p>
<p>使用TURN协议的客户端必须能够通过中继地址和对等端进行通讯，并且能够得知每个peer的的IP地址和端口（确切地说，应该是peer的服务器反射地址）。 而这些行为如何完成，是不在TURN协议范围之内的。其中一个可用的方式是客户端通过email来告知对等端信息， 另一种方式是客户端使用一些指定的协议，如“introduction” 或 “rendezvous”，详见<a href="http://www.rfc-editor.org/info/rfc5128" target="_blank" rel="noopener">RFC5128</a></p>
<p>如果TURN使用于ICE协议中，relay地址会作为一个候选，由ICE在多个候选中进行评估，选取最合适的通讯地址。一般来说中继的优先级都是最低的。 TURN协议被设计为ICE协议(Interactive Connectivity Establishment)的一部分，而且也强烈建议用户在他们的程序里使用ICE，但是也可以独立于ICE的运行。 值得一提的是，TURN协议本身是STUN的一个拓展，因此绝大部分TURN报文都是STUN类型的，作为STUN的一个拓展，TURN增加了新的方法（method）和属性（attribute）。</p>
<h3 id="操作概述"><a href="#操作概述" class="headerlink" title="操作概述"></a>操作概述</h3><p>在典型的情况下，TURN客户端连接到内网中，并且通过一个或者多个NAT到达公网，TURN服务器架设在公网中，不同的客户端以TURN服务器为中继和其他peer进行通信，如下图所示：</p>
<pre><code>                                        Peer A
                                        Server-Reflexive    +---------+
                                        Transport Address   |         |
                                        192.0.2.150:32102   |         |
                                            |              /|         |
                          TURN              |            / ^|  Peer A |
    Client’s              Server            |           /  ||         |
    Host Transport        Transport         |         //   ||         |
    Address               Address           |       //     |+---------+
   10.1.1.2:49721       192.0.2.15:3478     |+-+  //     Peer A
            |               |               ||N| /       Host Transport
            |   +-+         |               ||A|/        Address
            |   | |         |               v|T|     192.168.100.2:49582
            |   | |         |               /+-+
 +---------+|   | |         |+---------+   /              +---------+
 |         ||   |N|         ||         | //               |         |
 | TURN    |v   | |         v| TURN    |/                 |         |
 | Client  |----|A|----------| Server  |------------------|  Peer B |
 |         |    | |^         |         |^                ^|         |
 |         |    |T||         |         ||                ||         |
 +---------+    | ||         +---------+|                |+---------+
                | ||                    |                |
                | ||                    |                |
                +-+|                    |                |
                   |                    |                |
                   |                    |                |
             Client’s                   |            Peer B
             Server-Reflexive    Relayed             Transport
             Transport Address   Transport Address   Address
             192.0.2.1:7000      192.0.2.15:50000     192.0.2.210:49191
</code></pre><p>在上图中，左边的TURN Client是位于NAT后面的一个客户端（内网地址是10.1.1.2:49721），连接公网的TURN服务器（默认端口3478）后， 服务器会得到一个Client的<code>反射地址</code>（Reflexive Transport Address, 即NAT分配的公网IP和端口）192.0.2.1:7000， 此时Client会通过TURN命令创建或管理<code>ALLOCATION</code>，allocation是服务器上的一个数据结构，包含了中继地址的信息。 服务器随后会给Client分配一个中继地址，即图中的192.0.2.15:50000，另外两个对等端若要通过TURN协议和Client进行通信， 可以直接往中继地址收发数据即可，TURN服务器会把发往指定中继地址的数据转发到对应的Client，这里是其反射地址。</p>
<p>Server上的每一个allocation都唯一对应一个client，并且只有一个中继地址，因此当数据包到达某个中继地址时，服务器总是知道应该将其转发到什么地方。 但值得一提的是，一个Client可能在同一时间在一个Server上会有多个allocation，这和上述规则是并不矛盾的。</p>
<h3 id="传输"><a href="#传输" class="headerlink" title="传输"></a>传输</h3><p>在协议中，TURN服务器与peer之间的连接都是基于UDP的，但是服务器和客户端之间可以通过其他各种连接来传输STUN报文，比如TCP/UDP/TLS-over-TCP。 客户端之间通过中继传输数据时候，如果用了TCP，也会在服务端转换为UDP，因此建议客户端使用 UDP来进行传输。 至于为什么要支持TCP，那是因为一部分防火墙会完全阻挡UDP数据，而对于三次握手的TCP数据则不做隔离。</p>
<h3 id="分配（Allocations）"><a href="#分配（Allocations）" class="headerlink" title="分配（Allocations）"></a>分配（Allocations）</h3><p>要在服务器端获得一个中继分配，客户端须使用分配事务。客户端发送分配请求(Allocate request)到服务器，然后服务器返回分配成功响应，并包含了分配的地址。客户端可以在属性字段描述其想要的分配类型(比如生命周期)。由于中继数据实现了安全传输，服务器会要求对客户端进行验证，主要使用STUN的<code>long-term credential mechanism</code>。</p>
<p>一旦中继传输地址分配好，客户端必须要将其保活。通常的方法是发送刷新请求(Refresh request)到服务端。这在TURN 中是一个标准的方法。刷新频率取决于分配的生命期，默认为10分钟。客户端也可以在刷新请求里指定一个更长的生命期，而服务器会返回一个实际上分配的时间。当客户端想终止通信时，可以发送一个生命期为0的刷新请求。</p>
<p>服务器和客户端都保存有一个成为五元组(5-TUPLE)的信息，比如对于客户端来说，五元组包括客户端本地地址/端口，服务器地址/端口，和传输协议；服务器也是类似，只不过将客户端的地址变为其反射地址，因为那才是服务器所见到的。服务器和客户端在分配请求中都带有5-TUPLE信息，并且也在接下来的信息传输中使用，因此彼此都知道哪一次分配对应哪一次传输。</p>
<pre><code>TURN                                 TURN           Peer          Peer
client                               server          A             B
  |-- Allocate request ---------------&gt;|             |             |
  |                                    |             |             |
  |&lt;--------------- Allocate failure --|             |             |
  |                 (401 Unauthorized) |             |             |
  |                                    |             |             |
  |-- Allocate request ---------------&gt;|             |             |
  |                                    |             |             |
  |&lt;---------- Allocate success resp --|             |             |
  |            (192.0.2.15:50000)      |             |             |
  //                                   //            //            //
  |                                    |             |             |
  |-- Refresh request ----------------&gt;|             |             |
  |                                    |             |             |
  |&lt;----------- Refresh success resp --|             |             |
  |                                    |             |             |
</code></pre><p>如上所示，客户端首先发送Allocate请求，但是没带验证信息，因此TURN服务器会返回error response，客户端收到错误后加上所需的验证信息再次请求，才能进行成功的分配。</p>
<h3 id="发送机制（Send-Mechanism）"><a href="#发送机制（Send-Mechanism）" class="headerlink" title="发送机制（Send Mechanism）"></a>发送机制（Send Mechanism）</h3><p>client和peer之间有两种方法通过TURN server交换应用信息，第一种是使用<code>Send</code>和<code>Data</code>方法(method)，第二种是使用通道(channels)，两种方法都通过某种方式告知服务器哪个peer应该接收数据，以及服务器告知client数据来自哪个peer。</p>
<p>Send Mechanism使用了Send和Data指令(Indication)。其中Send指令用来把数据从client发送到server，而Data指令用来把数据从 server发送到client。当使用Send指令时，客户端发送一个Send Indication到服务端，其中包含：</p>
<ul>
<li>XOR-PEER-ADDRESS属性，指定对等端的(服务器反射)地址。</li>
<li>DATA属性，包含要传给对等端的信息。</li>
</ul>
<p>当服务器收到Send Indication之后，会将DATA部分的数据解析出来，并将其以UDP的格式转发到对应的端点去，并且在封装数据包的时候把client的中继地址作为源地址。从而从对等端发送到中继地址的数据也会被服务器转发到client上。值得一提的是，Send/Data Indication是不支持验证的，因为长效验证机制不支持对indication的验证，因此为了防止攻击，TURN要求client在给对等端发送indication之前先安装一个到对等端的许可(permission)，如下图所示，client到Peer B 没有安装许可，导致其indication数据包将被服务器丢弃，对于peer B也是同样：</p>
<pre><code>TURN                                 TURN           Peer          Peer
client                               server          A             B
  |                                    |             |             |
  |-- CreatePermission req (Peer A) --&gt;|             |             |
  |&lt;-- CreatePermission success resp --|             |             |
  |                                    |             |             |
  |--- Send ind (Peer A)--------------&gt;|             |             |
  |                                    |=== data ===&gt;|             |
  |                                    |             |             |
  |                                    |&lt;== data ====|             |
  |&lt;-------------- Data ind (Peer A) --|             |             |
  |                                    |             |             |
  |                                    |             |             |
  |--- Send ind (Peer B)--------------&gt;|             |             |
  |                                    | dropped     |             |
  |                                    |             |             |
  |                                    |&lt;== data ==================|
  |                            dropped |             |             |
  |                                    |             |             |
</code></pre><p>TURN支持两种方式来创建许可，比如其中一种就是发送<code>CreatePermission request</code>。</p>
<h3 id="信道机制（Channels）"><a href="#信道机制（Channels）" class="headerlink" title="信道机制（Channels）"></a>信道机制（Channels）</h3><p>对于一些应用程序，比如VOIP(Voice over IP)，在Send/Data Indication中多加的36字节格式信息会加重客户端和服务端之间的带宽压力。为改善这种情况，TURN提供了第二种方法来让client和peer交互数据。该方法使用另一种数据包格式，即<code>ChannelData message</code>，信道数据报文。ChannelData message不使用STUN头部，而使用一个4字节的头部，包含了一个称之为信道号的值(channel number)。每一个使用中的信道号都与一个特定的peer绑定，即作为对等端地址的一个记号。</p>
<p>要将一个信道与对等端绑定，客户端首先发送一个信道绑定请求(ChannelBind Request)到服务器，并且指定一个未绑定的信道号以及对等端的地址信息。绑定后client和server都能通过ChannelData message来发送和转发数据。信道绑定默认持续10分钟，并且可以通过重新发送 ChannelBind Request来刷新持续时间。和Allocation不同的是，并没有直接删除绑定的方法，只能等待其超时自动失效。</p>
<pre><code>TURN                                 TURN           Peer          Peer
client                               server          A             B
  |                                    |             |             |
  |-- ChannelBind req ----------------&gt;|             |             |
  | (Peer A to 0x4001)                 |             |             |
  |                                    |             |             |
  |&lt;---------- ChannelBind succ resp --|             |             |
  |                                    |             |             |
  |-- [0x4001] data ------------------&gt;|             |             |
  |                                    |=== data ===&gt;|             |
  |                                    |             |             |
  |                                    |&lt;== data ====|             |
  |&lt;------------------ [0x4001] data --|             |             |
  |                                    |             |             |
  |--- Send ind (Peer A)--------------&gt;|             |             |
  |                                    |=== data ===&gt;|             |
  |                                    |             |             |
  |                                    |&lt;== data ====|             |
  |&lt;------------------ [0x4001] data --|             |             |
  |                                    |             |             |
</code></pre><p>其中0x4001为信道号，即ChannelData message的头部中头2字节，值得一提的是信道号的选取有如下要求：</p>
<ul>
<li>0x0000-0x3FFF : 这一段的值<strong>不能</strong>用来作为信道号</li>
<li>0x4000-0x7FFF : 这一段是可以作为信道号的值,一共有16383种不同值在目前来看是足够用的</li>
<li>0x8000-0xFFFF : 这一段是保留值,留给以后使用</li>
</ul>
<h3 id="最后"><a href="#最后" class="headerlink" title="最后"></a>最后</h3><p>TURN协议因为是STUN的拓展，当然也沿袭了STUN的工具性质，只为穿越NAT提供方法，而不作为P2P通信的完整解决方案。</p>

      
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                【转载】P2P通信标准协议-ICE <i class="fa fa-chevron-right"></i>
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              <p class="site-author-name" itemprop="name">renhao</p>
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